A efectos prácticos en las fuentes, siempre que la disponibilidad de agua no iguale o supere siempre a la demanda promedio requerida se hace necesaria la regulación. Ahora bien, el conocimiento tanto de la demanda como de la disponibilidad, supone un riesgo, luego para complementar la definición de regulación en fuente, hay que agregar un término probabilístico, es decir, la garantía de que la disponibilidad neta que resulta luego de la regulación, iguale o supere a la demanda.
La regulación en fuente puede ser de corto o de largo período según las aguas sean retenidas (almacenadas) durante un período no mayor de un año o de varios años. La división entre corto y largo período no está demarcada, generalmente se toma un año, pues durante él ocurre una época de abundancia de agua (denominada invierno o época de lluvias en el trópico) y otra de limitaciones (época de verano).
La disponibilidad neta DN será entonces: DN = DB– DNN
Donde DNN es la disponibilidad no aprovechable, es decir, no regulable. El valor de DN al depender de DB, lleva inherente a él un riesgo, y al serlo también de DNN, supone una dependencia de las posibilidades físicas de regulación (capacidad de almacenamiento).
Las regulaciones (estanques) que se efectúan en la conducción y en la distribución, no están por lo general, ligadas a un factor probabilístico. Esto sucede no porque de hecho no lo estén, sino porque comúnmente no existe información suficiente de operación para realizarlo. Por otra parte, las regulaciones en fuente son las que afectan a todo el proyecto hidráulico, las regulaciones en conducciones (salvo que haya una sola) o distribución, influyen cada una de ellas sobre parte del proyecto y pueden, en consecuencia, aceptarse riesgos mucho mayores de falla.
2)Regulación y control de las aguas con fines de protección.Este concepto está íntimamente ligado a un nivel de riesgo admisible (expresado en términos de gastos, volúMenes o niveles), pues él es el que fija el exceso. Si la disponibilidad es igualo menor que el nivel de daños, el exceso es cero y no hay necesidad de regulación y control y, en consecuencia, de proyecto de protección. El nivel de riesgo, por su parte, está atado a la magnitud de los daños que el exceso puede causar, y como él a su vez, está condicionado a una probabilidad de ocurrencia, cabe concluir que el nivel mencionado viene relacionado con un factor probabilístico. La única forma de impedir todos los daños –cero riesgos- es que el proyecto de protección sea capaz de controlar el evento máximo probable de escurrimiento.
El exceso puede ahora definirse en una forma concreta así: si el valor de Trcorrespondiente al nivel de riesgo aceptable es Tray el nivel que no causa ningún daño esRA, el exceso DE será: DE=DB-RA
Donde DB es la creciente (disponibilidad) correspondiente a un período de retorno Tra yRA es el riesgo aceptable para no causar daños. Los valores DB y RApueden expresarse como gastos máximos o bien en unidades de volúMenes, cuando los daños sean causados no por un valor extremo de gastos, sino de volúMenes, o bien por niveles de agua e inclusive por tiempo de inundación.
-Niveles de los balances de disponibilidades contrademandas y excesos.
La realización de un balance o confrontación entre disponibilidades y demandas o excesos es la herramienta principal para la estimación de las disponibilidades netas o el exceso, según fuese el caso
vBalances promedio anuales: Son la confrontación de los volúMenes promedio anuales disponibles y las demandas anuales promedio probables. Este tipo de balance tiene su utilidad para detectar zonas o áreas potencialmente problemáticas y para asignar preliminarmente las fuentes de abastecimiento.
vBalances secuenciales determinísticos: Se realiza cronológicamente de acuerdo con una sucesión de eventos de escorrentía superficial o subterránea, pero sin tomar en cuenta análisis probabilísticos, es decir, se supone una sola secuencia que se repite indefinidamente. Estas secuencias pueden provenir de registros o haber sido generadas haciendo uso de modelos hidrológicos de lluvia-escorrentía o en casos de proyectos de poca envergadura, mediante métodos tradicionales.
v Balances secuenciales estocásticos: Son similares a los anteriores, pero considerando los factores probabilísticos. Sólo pueden ser realizados para aguas superficiales y deben ser el arma definitiva de fijación de magnitudes del proyecto, salvo en las situaciones señaladas en el caso anterior.
En proyectos de protección, salvo en los de disposición de aguas servidas, los balances pueden ejecutarse a los siguientes niveles generales:
vBalance diagnóstico: Es un análisis preliminar de la problemática existente en el área de estudio, tomando como base la información disponible de tipo topográfico, hidrológico, geomorfológico, y de visitas al campo.
Balances preliminares de eventos extremos aislados: Son balances apoyados en valores registrados o bien generados por modelos hidrológicos de lluvia-escorrentía o mediante técnicas tradicionales
Balances estocásticos de eventos extremos y aislados: Tiene su utilidad en los casos donde no se requiere gastos instantáneos, como podrían ser: análisis de períodos de sequía (gastos promedios mínimos diarios y mensuales para ciertos lapsos de tiempo); o bien como complemento de los modelos de lluvia-escorrentía, para hacer el producto final más confiable.
-Embalses y Estanques Las facilidades de almacenamiento se clasifican en dos grandes categorías: embalses y estanques. En los primeros la capacidad física necesaria es usualmente facilitada por una configuración topográfica natural, mientras que en los segundos, esa facilidad se construye. Otra diferencia significativa radica en que las aguas aportadas a los embalses provienen directamente de un río o quebrada, mientras que en los estanques, los gastos afluentes han sido casi siempre, previamente regulados o controlados. Dos diferencias más, los embalses tienen capacidades mucho mayores que lo estanques, y en estos últimos las aguas alimentadoras tienen, por lo general, un contenido bajo o prácticamente inexistente de sedimentos.
-Vaso de Almacenamiento y obras de embalse.
El vaso de almacenamiento es el espacio físico que va a ser ocupado por las aguas del embalse. Las obras hidráulicas que conforman el embalse son las siguientes:
Presas:
que son los obstáculos que se interponen en los ríos, represando las aguas y creando, así, los embalses propiamente dichos.
Tapones:
Su objetivo es cerrar los botaderos naturales de los vasos de almacenamiento.
Tomas:
son las obras destinadas a permitir la extracción en forma regulada de las aguas del embalse, con el propósito de satisfacer las demandas o controlar los excesos.
Descargas de fondo:
están destinadas a dos propósitos generales, evacuar sedimentos y facilitar el vaciado total del embalse en caso de emergencia.
Aliviaderos:
son aquellas estructuras hidráulicas destinadas a dar salida a los excesos de agua del embalse. Generalmente, los alivios correspondientes están sometidos a algún tipo de control.
Obras de desvío:
son aquellas obras cuyo propósito es desviar provisionalmente las aguas del río, con el fin de permitir la construcción de las obras del embalse.
Obras misceláneas:
muelles para uso recreativo, estructuras para facilitar el paso de los peces y obras de protección contra la erosión.
-Factores de los cuales depende la ubicación de un embalse. Configuración topográfica,Carácterísticas geológicas , Localización de las obras de embalse, Factores climatológicos, Uso y valor de la tierra, Consideraciones ecológicas.
-Capacidad Total de los embalses.
La capacidad total (CT)
De un embalse, viene determinada por la siguiente ecuación:
CT = CM + CO = CS + CMA + CN + CC (4.3) Donde:
): Es aquella situada por debajo del nivel mínimo de operación, es decir, de la cota de toma más baja del embalse. Como su nombre lo indica, no es utilizable y tiene dos componentes que se definen a continuación:
: Es la capacidad destinada a recibir los sedimentos que se van depositando en el embalse al ser interrumpido el libre discurrir de las aguas.
: Su función es crear un nivel mínimo de operación más alto que el que existiría si CM fuese igual a CS.
Esto ocurre con frecuencia en embalses con fines hidroeléctricos, para crear una carga mayor, o para mantenerse dentro del rango de operación de las turbinas. Es común que CMA sea cero para el resto de los usos.
: Es el espacio dentro del cual se mueven las aguas y está constituida por las dos componentes siguientes:
: Es aquella necesaria para balancear las disponibilidades brutas y las demandas de usos de aprovechamiento.
: Tiene una función similar a la anterior, pero destinada a usos de protección.
, que indirectamente cumple una función amortiguadora de las crecidas de entrada al embalse. No siempre la capacidad total de un embalse contiene todos los componentes señalados, por ejemplo, si el uso es sólo de aprovechamiento, el valor de CC es cero, y, en el caso contrario, uso de protección, la capacidad CN no es necesaria.
-Estanques. Se clasifican según el material con el que estén construidos.
-Curvas de Áreas Capacidades. Para el conocimiento apropiado del balance de un embalse, es indispensable conocer la variación de las áreas inundadas y de los volúMenes disponibles con las alturas. Normalmente este conocimiento se resuma en la llamada curva de áreas-capacidades, la cual es una representación gráfica de las elevaciones sobre el valle del río contra las áreas y capacidades disponibles correspondientes.
-Determinación de la capacidad normal de operación. En este aparte se resumen los más empleados. En líneas generales los métodos se pueden dividir en: determinísticos y estocásticos. Los primeros no toman en cuenta cálculos probabilísticos, mientras que los segundos si lo hacen; es decir, dan como resultado la garantía o seguridad de que una determinada disponibilidad, con una definida capacidad de almacenamiento, pueda cumplir con unas demandas conocidas.
-Balances secuenciales determinísticos
El método tradicional para realizar estos balances es la llamada curva de masas, Esta curva, conocida también como curva de gastos o volúMenes acumulados, consiste en la representación gráfica de la sumatoria de las disponibilidades en función del tiempo. Normalmente, la unidad de tiempo seleccionada es el mes y, en consecuencia, deben utilizarse como disponibilidades los volúMenes escurridos mensuales. Sin embargo la curva puede ser empleada para cualquier otra unidad de tiempo.
-Ecuación general del balance
VF = Vo + DB + TR + PD – R – EVD – I
(VF = Vo +AP-EX) Donde VF es el volumen almacenado al final de un intervalo de tiempo t, Vo el volumen al comienzo de él, AP todos los aportes al embalse en el intervalo dt y EX las extracciones correspondientes al mismo período. (AP=DB+TR+PD) Las DB son las disponibilidades del curso o cursos de agua que descargan en el embalse, TR son trasvases provenientes de otras fuentes y PD es la precipitación directa sobre el espejo de agua del embalse. (EX = R+EVD+I) Donde R es la suma de todas las demandas a suplir por el embalse, EVD la evaporación directa proveniente del espejo de agua e I el agua infiltrada del embalse hacia el subsuelo.
La aplicación de la ecuación merece algunos comentarios importantes:
El volumen inicial Vo del primer intervalo;
Es práctica común suponerlo lleno, pero esto puede acarrear errores importantes. Lo más conveniente sería establecer varias alternativas La demanda R.
Lo común es tomar la sumatoria cronológica de las demandas (abastecimiento urbano, riego, hidroelectricidad, gasto ecológico, etc.) que se van a retirar del embalse para el horizonte del proyecto.
La precipitación PD y la evaporación directa EVD
Deben ser calculadas en base a valores sobre áreas y volúMenes, y no sobre cifras puntuales. Si el embalse no es muy grande lo anterior posiblemente no tenga importancia en lo relativo a PD, pero si 10 tiene en materia de evaporación, y un coeficiente de reducción debe ser aplicado a las mediciones del evaporímetro o bien métodos más elaborados. Para conocer la superficie de agua a la cual hay que aplicar las láminas de PD y EVD correspondientes, se hace necesario disponer de la curva de áreas – capacidades.
Intervalo de tiempo
Usualmente se emplea el mes y, en consecuencia, los aportes y las extracciones se expresan en volúMenes mensuales. En embalses pequeños o estanques, deben ser utilizados volúMenes diarios o menores.
Infiltración
Generalmente, este término es despreciable en relación con los otros, salvo que el lugar donde se encuentre el embalse tenga muchas rocas fracturadas, cavernas o materiales muy permeables. Posiblemente en estos casos lo más adecuado, si hay alternativa, es no poner allí un embalse.
Balances secuenciales estocásticos.-
Existen diversas formas de proceder para obtener la seguridad de suministro de un embalse, dependiendo de la variable independiente que se adopte, las más utilizadas son:
• Se fija un valor de R y uno de la capacidad normal del embalse VN; a continuación se hace un movimiento de embalse para cada traza y se contabilizan aquellas en las cuales la capacidad no es suficiente porque el embalse se seca (al menos en un año de la traza hay falla). Se calcula el número de trazas que fallaron en relación al total. Por ejemplo, si hay 500 trazas y fallan 60, la confiabilidad de que R sea suplido con VN será